UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ENERGETICA
Analisi sperimentale e numerica
del sistema di teleraffrescamento e teleriscaldamento
del complesso universitario “Nord Piovego”
Relatore: prof. Michele De Carli
Correlatrice: ing. Samantha Graci
Sommario
Abstract
1. ANALISI CASO STUDIO ... 1
1.1. Il complesso interdipartimentale “Nord Piovego”... 1
1.1.1. La centrale Termica e la rete di teleriscaldamento ... 4
1.1.2. La centrale frigorifera e la rete di teleraffrescamento ... 8
1.1.3. La cabina elettrica ... 11
1.2. Gli edifici: caratteristiche geometriche, strutturali e impiantistiche ... 11
1.2.1. Il complesso interdipartimentale Vallisneri ... 11
1.2.2. Il complesso didattico Piovego (Aule Ugo Bassi) ... 23
1.2.3. Il centro linguistico di ateneo (CLA) ... 26
1.2.4. L’involucro ... 27
1.2.5. Ex dipartimento di ingegneria meccanica (DIM) ... 29
1.2.6. Psicologia 1 ... 34
1.2.7. Psicologia 2 ... 37
2. ANALISI DATI, METODI E MODELLI ... 39
2.1. Analisi dati ... 39
2.1.1. Consumi di gas naturale ... 39
2.1.2. Consumi di energia elettrica, fonte e metodologia ... 40
2.1.3. Analisi dettagliata delle curve di carico elettrico ... 45
2.2. Metodi ... 55
2.2.1. La modellazione degli edifici ... 58
2.2.2. La modellazione delle reti ... 67
2.3. Taratura dei modelli degli edifici ... 77
2.3.1. Profili di utilizzo degli edifici ... 77
2.3.2. Modifiche ai modelli degli edifici ... 80
3. DEFINIZIONE DEI FABBISOGNI DEGLI EDIFICI ... 85
3.1. Il complesso interdipartimentale Vallisneri ... 85
3.1.2. Fabbisogni medi orari ... 90
3.2. Le aule Ugo Bassi ... 101
3.2.1. Fabbisogni mensili ... 101
3.2.2. Fabbisogni medi orari ... 103
3.3. Il centro linguistico di ateneo ... 107
3.3.1. Fabbisogni mensili ... 107
3.3.2. Fabbisogni medi orari ... 109
3.4. Fabbisogni complessivi riferiti ai dati climatici locali ... 116
3.4.1. Fabbisogni mensili ... 116
3.4.2. Fabbisogni medi orari ... 118
3.4.3. Fabbisogni rete e macchine autonome ... 125
3.5. Fabbisogni complessivi riferiti al TRY ... 130
4. LE RETI DI TELERISCALDAMENTO E TELERAFFRESCAMENTO ... 133
4.1. La rete di teleriscaldamento ... 133
4.1.1. Rendimenti di rete e di generazione ... 133
4.1.2. Potenza massima richiesta e scambiatori ... 136
4.2. La rete di teleraffrescamento ... 137
4.2.1. I rendimenti di rete ... 137
4.2.2. Analisi sulla potenza frigorifera del sistema di raffrescamento ... 140
4.2.3. Efficienza del sistema di teleraffrescamento ... 143
Abstract
Scopo del presente elaborato è quello di determinare le condizioni di esercizio e le dispersioni della rete di teleraffrescamento del complesso universitario interdipartimentale denominato “Nord Piovego”, oltre alla caratterizzazione delle prestazioni delle macchine frigorifere ad esso asservite, e di effettuare una revisione della rete di teleriscaldamento la cui analisi era già stata effettuata nella tesi “Analisi teorica e sperimentale della rete del complesso Nord Piovego” di Laura Colpo.
Al fine di raggiungere tali obiettivi sarà necessario innanzitutto determinare i fabbisogni lato involucro, per tale scopo si utilizzeranno i modelli degli edifici oggetto di analisi implementati nelle tesi di Davide Moro e Pasquale Rotolo. Questa tesi infatti intende proseguire un’attività avviata nei primi mesi del 2016 volta a determinare i fabbisogni del complesso “Nord Piovego” che ha come obiettivo quello di effettuare un adeguamento degli impianti termotecnici al servizio dello stesso e di proporre interventi di efficientamento energetico. L’area esaminata si presenta infatti come una delle più energivore dell’università di Padova e si compone di sette edifici appartenenti a diversi dipartimenti.
Gli edifici serviti dalla rete oggetto di analisi sono i seguenti: Complesso interdipartimentale di biologia “Vallisneri” Complesso didattico “Piovego” (aule Ugo Bassi) Centro linguistico di ateneo (CLA)
Psicologia 1 Psicologia 2
Ex dipartimento di ingegneria meccanica, comprendente i seguenti edifici: i. Corpo A (corpo uffici)
ii. Corpo B (officine di meccanica) iii. Corpo C-D (Corpo didattico)
iv. Corpo E (ex dipartimento di fisica tecnica)
Non è stato invece analizzato il centro congressi, edificio realizzato nello stesso periodo di Psicologia 2 e del CLA e la cui sottostazione è in comune a quest’ultimo, poiché esso si è rivelato essere poco utilizzato e servito da macchine autonome.
distribuzione e gli indici di prestazione globali dei sistemi di teleriscaldamento e teleraffrescamento.
1. ANALISI CASO STUDIO
In questo capitolo verrà presentato il complesso universitario interdipartimentale “Nord Piovego” a partire da una visone generale per poi arrivare ad una presentazione dei singoli edifici e degli impianti a loro servizio, verranno presentati anche gli edifici che non sono oggetto di analisi in questo elaborato al fine di fornire una panoramica più ampia sulle caratteristiche dell’area al fine di fornire le informazioni necessarie per valutare i fabbisogni complessivi che saranno illustrati nel paragrafo 3.4.
1.1. Il complesso interdipartimentale “Nord Piovego”
Il complesso universitario denominato “Nord Piovego” occupa un’area che si estende da Via Ugo Bassi dove si trovano l’omonimo edificio didattico sino al centro linguistico di ateneo che si affaccia su Via Venezia, la superficie coperta è di 76097 m2.
Tale zona, anche a causa del fatto che è un’area ad alta densità di edifici universitari dedicati a didattica, studi laboratori e uffici amministrativi, si rivela essere una tra quelle più energivore dell’intero ateneo. Un’accurata analisi delle prestazioni degli impianti tecnici a servizio della stessa si è resa quindi necessaria al fine di verificarne lo stato di fatto e di proporre soluzioni migliorative volte all’efficientamento energetico.
L’area universitaria è composta di sette edifici:
Complesso interdipartimentale di biologia “Vallisneri” Complesso didattico “Piovego” (aule Ugo Bassi) Centro linguistico di ateneo (CLA)
Psicologia 1 Psicologia 2
Ex dipartimento di ingegneria meccanica, comprendente i seguenti edifici: Corpo A (corpo uffici)
Corpo B (officine di meccanica) Corpo C-D (Corpo didattico)
Corpo E (ex dipartimento di fisica tecnica) Centro congressi
Non è stato analizzato il centro congressi del complesso, edificio realizzato nello stesso periodo di Psicologia 2 e del CLA e la cui sottostazione è in comune a quest’ultimo ma esso si è rivelato essere poco utilizzato e servito da macchine autonome.
Figura 1:Estratto di mappa raffigurante il complesso universitario "Nord Piovego (fonte Moro, Rotolo)
Nella figura precedente ogni edificio è identificato da un codice il cui riferimento è riportato nella tabella 1, in cui vengono inoltre riportati alcuni dati riguardanti le caratteristiche topografiche degli edifici.
Tabella 1: Codici edificio e caratteristiche geometriche (fonte Moro, Rotolo)
Codice Descrizione Edificio Superficie
lorda Volume edificio fuori terra Volume edificio interrato Altezza fuori terra m2 m3 m3 m
00300 COMPLESSO DIDATTICO PIOVEGO (AULE
UGO BASSI) 3840 12800 / 13.0
00480 COMPLESSO INTERDIPARTIMENTALE DI
BIOLOGIA"A. VALLISNERI" 33006 101600 15200 30.0
00310 CENTRALE TERMICA E FRIGORIFERA
00140 COMPLESSO INGEGNERIA MECCANICA 15556 69811 / 30.9
01200 PSICOLOGIA 1 7137 16547 8238 22.5
01210 PSICOLOGIA 2 7679 24255 3562 23
01211 CENTRO CONGRESSI 2173 9648 218 20.4
01212 CENTRO LINGUISTICO 6706 27007 / 24.2
Si nota immediatamente come il complesso Vallisneri sia l’edificio con la maggior superficie e cubatura, esso infatti costituisce il 43% dell’intera area.
Figura 2: In rosso è raffigurata la centrale termica con le caldaie, in azzurro la Centrale Frigorifera con i 4 gruppi frigo e le torri evaporative mentre in giallo la cabina elettrica (fonte Moro, Rotolo)
Nella tabella 2 vengono invece riportate le tipologie di scambiatore, il loro numero e la potenza che questi rendono nominalmente disponibile ai secondari degli edifici a cui sono asserviti:
Tabella 2: Scambiatori allacciati alla rete teleriscaldamento, numero e potenza.
Id Sottostazione Numero di unità Tipologia di scambiatori Taglia [kW] Totale potenza installata [kW] 1 PSICO 1 1 PIASTRE 330 330 2 PSICO 2 1 PIASTRE 720 720 3 CENTRO CONGRESSI+
CENTRO LINGUISTICO (CLA) 2 PIASTRE 700 1400
4 DIM-corpo uffici (DIM-A) 2 FASCIO TUBIERO 350 700
5 DIM-corpo aule (DIM-C-D) 3 FASCIO TUBIERO 300 900
6 DIM-officina (DIM-B) 1 FASCIO TUBIERO 930* 930*
7 EX DIPARTIMENTO DI FISICA
TECNICA (DIM-E) 2 FASCIO TUBIERO 175 350
8 AULE VIA UGO BASSI 1 PIASTRE 600 750
PIASTRE 150 9 VALLISNERI 2 FASCIO TUBIERO 1600 3200 1 FASCIO TUBIERO 800 800 1 PIASTRE 800 800 TOTALE 10762 Kw
1.1.1. La centrale Termica e la rete di teleriscaldamento
Nella centrale termica sono installati tre generatori di vapore, ciascuno dei quali alimenta uno scambiatore a fascio tubiero dedicato alla produzione dell’acqua surriscaldata per la rete di teleriscaldamento, gestita ad una pressione di 15 bar.
Le caratteristiche tecniche dei generatori di vapore sono le seguenti:
Tabella 3: Caratteristiche tecniche dei generatori di vapore (fonte Moro, Rotolo)
Generatore 1 Generatore 2 Generator e 3 Potenza Nominale [kW] 6000 5000 2500 Produzione di Vapore [t/h] 8 8 4
Pressione di Esercizio [bar] 15 15 15
Pressione di Bollo [bar] 18 18 18
Anno di Costruzione 1987 1973 1973
La potenza termica nominale della centrale descritta è quindi pari a 13.5 MW, ad ottobre 2017 i generatori sono stati però sostituiti, il primo era infatti andato incontro a rottura e i rimanenti due erano in condizioni precarie. Le nuove caldaie, alimentate ancora a gas naturale sono tre della medesima potenza pari a 3000 kW. Il continuo della trattazione fa comunque riferimento alla centrale termica precedente la sostituzione sia per quanto riguarda le caratteristiche tecniche sia per quanto riguarda e modalità d’esercizio.
L’operatività della centrale è attualmente diretta da conduttori di impianto che a turno si occupano della fase di avviamento e di chiusura, infatti sebbene le sottostazioni dei vari stabili siano attivate elettronicamente con timer preimpostati, le caldaie necessitano di un’accensione manuale che deve tener particolarmente conto dell’età delle stesse. Queste infatti necessitano di un avviamento graduale al fine di non porle in condizioni di stress meccanico e termico che potrebbero portare ad ulteriori guasti; deve altresì essere fatto presente che il conduttore deve essere presente per tutto il periodo di attività della centrale termica, l’assenza dell’addetto determina difatti lo spegnimento dell’intero impianto di teleriscaldamento, gli orari di accensione e spegnimento della centrale sono variabili a seconda della rigidità delle condizioni climatiche e saranno mostrati nel paragrafo 2.3.
La rete è attualmente esercita ad una temperatura di mandata attorno ai 100 °C, come registrato nei monitoraggi presentati nelle precedenti tesi, sebbene fosse stata originariamente progettata per essere gestita a 160 °C in mandata, tale valore è stato successivamente gradualmente abbassato sino aggiungere al valore odierno. L’acqua surriscaldata in uscita dai tre scambiatori è convogliata in un collettore da cui poi si diramano i due rami principali della rete ai quali si affianca il ramo di lunghezza ridotta che collega la centrale al corpo officine di meccanica, il DIM B. Tre pompe in parallelo permettono la circolazione del fluido vettore termico nei rami della rete, le tre macchine hanno le medesime caratteristiche e sono le seguenti:
Prevalenza: h=35m; Portata: ṁ=22.22 l/s; Velocità: n=1450 giri/min.
a questi elementi nella centrale termica sono presenti anche una caldaia per la produzione dell’acqua calda sanitaria per lo stabulario presente al 7° piano del Vallisneri, il vaso d’espansione dell’anello di acqua surriscaldata e un serbatoio per il reintegro. I condotti della rete sono inseriti all’interno di cunicoli interrati, percorribili anche a piedi, che collegano la centrale alle varie sottostazioni.
In figura 3 è illustrato il particolare della pianta della centrale termica, tra i principali elementi costitutivi della stessa si riconoscono nella parte alta i tre generatori di vapore precedentemente descritti, nella parte inferiore sono invece visibili, oltre i collettori di mandata e ritorno, le pompe di circolazione del fluido vettore termico della rete di teleriscaldamento, le due pompe e lo scambiatore dedicati al DIM-B.
Figura 3: Pianta della centrale termica del complesso Nord Piovego
Le caratteristiche dei tratti di tubazione della rete, le cui caratteristiche sono stati in parte desunte dalla tesi di Laura Colpo e per le mancanti si è fatto riferimento alle misurazioni effettuate dall’ing. Samantha Graci Ph.D, correlatrice di questo elaborato, sono ora presentate:
Tabella 4: Caratteristiche linea 1, rete teleriscaldamento
Tabella 5: Caratteristiche linea 2, rete teleriscaldamento
LINEA 2 -- DIM_E - VALLISNERI - AULE BASSI Sottostazione e tratto
della rete
Diametro interno, portata, velocità e lunghezza
perdita di carico distribuita distrib. + conc. scambiatori
per tronco, derivazione e totali φi [mm] ṁ [l/s] ṁ [l/h] v [m/s] L [m] Δp [Pa/m] A/R +20% [Pa] Δp,ex [ Pa] Δp [Pa] Δp tot [Pa] 1 5A 163 18.4 66276 0.88 20 38.4 1843 0 1843 43695 2 AH 163 18.4 66276 0.88 10 38.4 921 0 921 DIM_E 3 HI 49 2.3 8136 0.99 9.4 192.6 4343 25000 29343 4 HL 163 16.2 58140 0.77 68 30.1 4904 0 4904 40931 VALLISNERI 5 LM 108 14 50400 1.53 25.4 180.9 11027 25000 36027 6 LN 103 2.2 7740 0.26 20 6.9 331 0 331 35653 7 NO 103 2.2 7740 0.26 51.9 6.9 860 0 860 AULE BASSI 8 OR 54 0.6 1980 0.24 91.5 13.7 3009 25000 28009 9 OR' 64 1.6 5760 0.5 91.5 43.1 9462 25000 34462
Tabella 6: Caratteristiche linea 3, rete teleriscaldamento
LINEA 3 -- DIM_C/D - DIM_A - PISCO1 - PSICO2 - CLA Sottostazione e tratto
della rete
Diametro interno, portata, velocità e lunghezza
perdita di carico Distribuita distrib. + conc. scambiatori
per tronco, derivazione e totali φi [mm] ṁ [l/s] ṁ [l/h] v [m/s] L Δp A/R +20%
[Pa] Δp,ex [Pa] Δp [Pa] Δp tot [Pa] [m] [Pa/m] 1 5A 153 18.1 64980 0.98 20 50.8 2439 0 2439 82403 2 AB 153 18.1 64980 0.98 26.8 50.8 3268 0 3268 DIM_C/D 3 BC 54 2.7 9540 1.16 25.7 259.3 15993 25000 40993 4 BD 133 15.4 55440 1.11 70.1 76.2 12815 0 12815 76696 DIM_A* 5 DE 44 3.5 12600 1.15 6.2 333.0 4954 25000 29954 6 DF 123 11.9 42840 1 97.7 69.6 16314 0 16314 63882 PSICO1 7 FG 49 1.8 6552 0.97 45 209.0 22568 25000 47568 8 FK 123 10.1 36288 0.85 20 51.0 2448 0 2448 30096 PSICO2 9 KG* 108 2.9 10512 0.32 10 9.7 232 25000 25232 CLA 10 KK' 123 7.2 25776 0.6 41 26.9 2648 25000 27648 *La sottostazione presente due scambiatori in parallelo, non è stato possibile accedere alla tubazione a monte della suddivisione in parallelo, per cui il diametro e la velocità sono riferiti ad un singolo scambiatore, mentre la portata è la somma di quella che alimenta i due scambiatori, ovvero 1.75 l/s ciascuno. In tutti gli altri casi in cui sono presenti scambiatori in parallelo la misura è stata condotta sulla tubazione comune a monte delle divisioni.
OR = aule bassi – sottostazione piano terra; OR’= aule bassi sottostazione sul tetto
In figura 4 è illustrato lo schema della rete di teleriscaldamento in particolare di quest’ultima si distinguono le due linee principali e la terza linea, di lunghezza ridotta, a servizio del corpo officine di meccanica DIM-B:
Linea 1: dedicata al DIM-B (linea arancione);
Linea 2: alimenta il Complesso interdipartimentale di biologia “A. Vallisneri”, le Aule Ugo Bassi e DIM-E (linea rossa);
1.1.2. La centrale frigorifera e la rete di teleraffrescamento
La centrale frigorifera si trova nello stesso stabile in cui è ubicata la centrale termica, essa consta di quattro macchine tre della potenza di 900 kW frigoriferi ciascuna che hanno mantenuto le caratteristiche originarie, il quarto gruppo, invece, ha recentemente subito un cambio di refrigerante. Essendo questo originariamente funzionante con R-22, come gli altri tre, e poiché questo fluido è stato bandito, non è stato possibile procedere ad un reintegro delle perdite, si è reso quindi necessario sostituirlo con il refrigerante R-134a, fluido compatibile con il compressore, che è di tipo a vite. La variazione del ciclo termodinamico imposto dal cambiamento di fluido ha comportato una minor spesa di energia meccanica e quindi elettrica per completare il ciclo stesso, che sebbene sia più efficiente del precedente, ha comportato anche una diminuzione della potenza frigorifera disponibile non quantificabile con precisione. Le caratteristiche tecniche nominali dei gruppi frigoriferi, prodotti da Trane Italia, sono le seguenti:
Tabella 7: Caratteristiche dei gruppi frigoriferi della centrale frigorifera
N° gruppo frigorifero Potenza elettrica nominale [kW] Potenza frigorifera nominale [kW] Fluido frigorifero 1 270 900 R22 2 270 900 R22 3 270 900 R22 4* 270* 900* R22/R134a*
*Fluido frigorifero recentemente sostituito
Oltre ai quattro gruppi frigoriferi nella centrale sono presenti tutti gli ausiliari necessari al funzionamento della stessa, tra i più importanti vanno citati le quattro pompe di circolazione dell’acqua che raffredda l’acqua al condensatore proveniente dalle torri evaporative, della potenza di 11 kW, le quattro pompe di circolazione dell’acqua refrigerata della rete ognuna di potenza pari a 11 kW, l’addolcitore dell’acqua necessaria al reintegro dell’acqua persa nella torre, tutti gli organi elettrici di controllo del sistema di refrigerazione ed infine gli estremi della rete: i collettori di mandata e ritorno oltre ai primi tratti di tubazioni
Come è stato già accennato, il pozzo freddo dei condensatori delle macchine sono due torri evaporative in cui, in ognuna, la movimentazione dell’aria è consentita da due ventilatori. L’utilizzo di torri evaporative va certamente a migliorare l’efficienza del sistema rispetto all’utilizzo di un condensatore ad aria, ma nei momenti in cui l’umidità relativa esterna è molto alta, cosa che accade frequentemente nell’area oggetto di studio, il sistema tende a faticare nel raffreddare adeguatamente il fluido refrigerante nel condensatore, ciò causa una diminuzione di efficienza del sistema.
potenza dei primi tre gruppi frigoriferi non sia sufficiente a soddisfare i fabbisogni del complesso. Infatti nel caso in cui questo venisse attivato con un carico ridotto tutti i gruppi comincerebbero a parzializzare a modulare la potenza frigorifera fornita ed elettrica assorbita, fatto che allo stato attuale causa problemi nella circolazione dell’olio nelle macchine, situazione che provoca il blocco delle stesse, rendendo necessario un successivo riavvio manuale. Inoltre, nel caso in cui l’operatore non venga avvisato tempestivamente della disfunzione dell’impianto, al successivo riavvio del sistema le macchine si trovano a dover sopperire ad un carico termico che si è andato ad accumulare nelle ore di assenza di funzionamento degli impianti di condizionamento ponendo l’impianto in condizione di ulteriore sofferenza. Deve essere specificato che il sistema non ha alcuna modalità di segnalazione automatica di malfunzionamento, l’unico modo per l’operatore di sapere se l’impianto stia effettivamente funzionando o meno sarebbe quello di essere sempre presente in centrale, ma non è più a servizio alcun conduttore della centrale frigorifera, oppure, come accade, intuire la disfunzione dal fatto che giungono lamentele dagli utenti degli edifici in cui la temperatura ha raggiunto livelli tali da creare discomfort. Spesso inoltre un’eventuale parzializzazione della potenza frigorifera si ha nelle prime ore di funzionamento, ore che nel periodo estivo coincidono solitamente con i valori di umidità relativa prossimi al 100%, in cui non si hanno ancora situazioni di forte caldo da parte degli utenti ma che permettono però un tale accumulo di calore da parte delle strutture che unito alla difficolta di funzionamento del sistema, visto l’utilizzo di torri evaporative con le condizioni esterne precedentemente descritte, provocano l’impossibilità del sistema a riuscire a recuperare le condizioni di funzionamento ideali per tutto il corso della giornata.
Come detto il quarto gruppo viene usato in caso di necessità nelle ore di pieno carico, ma viene utilizzato anche all’inizio della stagione di raffrescamento, specie a maggio, quando i carichi sono ancora ridotti, oppure di notte nell’alta stagione estiva quando si rende necessario raffrescare parte del sistema anche di notte al fine di diminuire il carico termico che si andrebbe altrimenti ad affrontare nelle ore di maggior carico. Non è comunque chiaro se nelle nottate le pompe di circolazione dell’acqua di torre e le torri stesse siano attive o meno, dalle informazioni carpite si crede che siano spente, poiché se fossero attive il rumore causato dalle torri creerebbe disagio al vicinato. Questo fa supporre che il fatto di lasciar attivo il quarto gruppo sia dovuto più al fatto che in questo modo sia già attivo nel momento in cui gli altri tre vengono attivati automaticamente più che ad una vera e propria intenzione nel raffrescare le strutture degli edifici durante la notte dato che, senza l’acqua dalle torri, i condensatori non lavorano in condizioni adeguate, rendendo la potenza frigorifera erogata molto ridotta.
Figura 5: pianta della centrale frigorifera e delle torri evaporative
Le macchine della centrale forniscono la potenza frigorifera alle sottostazioni degli edifici tramite la rete di teleraffrescamento, questa però non serve il DIM-B. A differenza della soluzione adottata nel periodo invernale, che prevede la presenza di scambiatori in ogni sottostazione, viste anche le condizioni di esercizio della rete ad alta temperatura, la scelta impiantistica per il raffrescamento non prevede sempre la presenza di scambiatori al secondario, anzi questi sono presenti solo negli edifici di più recente costruzione, il CLA, Psicologia 1 e Psicologia 2, mentre negli altri edifici l’acqua refrigerata è spillata dalla rete. Gli edifici dotati di scambiatori, edificati successivamente agli altri e più distanti dalla centrale frigorifera sono spesso in condizioni di sofferenza nel periodo estivo, criticità erano comunque già presenti nelle Aule Bassi, queste infatti si trovano a valle del Vallisneri che, come vedremo, contribuisce per più di metà al fabbisogno complessivo di raffrescamento
Nella tabella 8 vengono riassunte, come fatto per la centrale termica, le caratteristiche ed il numero degli scambiatori presenti nelle sottostazioni
Tabella 8: Scambiatori collegati alla rete di teleraffrescamento, numero e potenza (fonte Moro, Rotolo)
Sottostazione Numero Tipologia Taglia [kW]
Totale potenza installata [kW]
PSICO 1 2 PIASTRE 400(*) 800(*)
PSICO 2 1 PIASTRE 780 780
CENTRO CONGRESSI+
CENTRO LINGUISTICO 2 PIASTRE 550 1100
1.1.3. La cabina elettrica
L’energia elettrica è distribuita da ENEL. La cabina elettrica, adiacente alla centrale frigorifera, serve l’intero Anello di Media Tensione Nord Piovego il quale distribuisce l’energia elettrica in tutti gli edifici in media tensione da 10 kV. Il cablaggio corre nei cunicoli dove sono presenti i condotti della rete di teleriscaldamento e raffrescamento. La sottostazione comune del CLA e centro congressi è collegata in derivazione attraverso quella di PSICO-2. Anche la Mensa ESU Nord Piovego è allacciata alla cabina elettrica però, come verrà meglio spiegato nel paragrafo 2.1.2, i consumi della stessa non sono contabilizzati e quindi scorporati con cadenza periodica. 1.2. Gli edifici: caratteristiche geometriche, strutturali e impiantistiche
In questa sezione verranno presentate le caratteristiche salienti degli edifici serviti dalla rete oggetto di studio dal punto di vista geometrico, strutturale ed impiantistico in modo tale da permettere al lettore di comprendere quali siano i fattori che determinano i fabbisogni complessivi di riscaldamento e raffrescamento che verranno illustrati nel seguito della trattazione. Per gli edifici oggetto di analisi in questo elaborato la presentazione sarà approfondita, verranno infatti descritte le caratteristiche termofisiche dell’involucro e sarà fornita un’illustrazione accurata delle caratteristiche dell’impianto di climatizzazione che impattano nella determinazione dei fabbisogni dell’edificio. Con il termine di impianto di climatizzazione si indica, e si indicherà nel prosieguo della trattazione, l’impianto di riscaldamento, raffrescamento e ventilazione meccanica. Per una più esaustiva degli edifici del complesso si rimanda alle tesi citate in bibliografia di Pasquale Rotolo e Davide Moro. I cambiamenti effettuati rispetto ai dati presenti in queste tesi, saranno messi in evidenza in questo e nei successivi capitoli.
1.2.1. Il complesso interdipartimentale Vallisneri 1.2.1.1. Caratteristiche geometriche e strutturali
Il complesso interdipartimentale di biologia “A. Vallisneri” edificato all’inizio degli anni ’80 presenta una struttura portante in travi d’acciaio, tamponata da pannelli prefabbricati ed elementi finestrati modulari; Si presenta quindi come uno stabile leggero, costituito da nove piani, di cui uno interrato.
Nella tabella 9 sono riportate le superfici lorde per piano e le corrispondenti volumetrie.
Tabella 9: Superfici e volumi dei piani dell'edificio Vallisneri (fonte Rotolo)
Superficie Lorda [m2] Volume [m3]
Piano interrato 4750 15200 Piano terra 3880 12400 Piano Rialzato 3630 12400 Piano Primo-Sesto 3675 11760 Piano Settimo (Stabulario) 1070 3425 Totale 34200 114000
La descrizione della struttura può essere sviluppata seguendo due criteri che vanno a dividere l’edificio secondo una sezione piana ed una sezione verticale:
Nella sezione piana si distinguono tre diverse zone: la nord e la sud simmetriche rispetto all’asse est-ovest, la est a sua volta solitamente specchiata sull’asse precedentemente citato e un corpo centrale che si prefigura come collegamento dei comparti precedentemente citati.
Nella figura 7 è visibile la divisione secondo la sezione orizzontale sopra descritta.
Nella sezione verticale si possono distinguere il piano terra e rialzato, che presentano una superficie in pianta ridotta rispetto ai piani superiori (eccetto lo stabulario), in cui si svolgono prevalentemente attività didattica e amministrativa, i piani dal primo al sesto in cui si svolgono prevalentemente attività di ricerca , l’ala est di questi piani non è attualmente utilizzata e perciò non viene riscaldata né raffrescata, in particolare questa zona non è allacciata alla rete di teleraffrescamento tramite la sottostazione dell’edificio. Fa eccezione l’ala est del sesto piano che ospita il CRIBI (centro ricerca interdipartimentale sulle biologie innovative), il quale è riscaldato nella stagione invernale e raffrescato durante la stagione estiva grazie un’unità di trattamento aria (in seguito UTA o CTA, centrale trattamento aria) posta sul tetto, raggiunta da uno stacco della rete da cui traggono inoltre origine le tubazioni del sistema di fan coil a supporto dell’ala est del sesto piano. Il settimo livello, oltre ad ospitare vari ausiliari degli impianti tecnici dell’edificio, è sede dello stabulario, questa zona è attualmente solo parzialmente utilizzata, ed è riscaldata grazie alla rete di teleriscaldamento ma è raffrescata grazie a macchine autonome.
Nella figura 8 è messa in evidenza la divisione secondo la sezione verticale.
Figura 8: Sezione verticale dell'edificio (fonte Rotolo)
Vengono ora presentate le piante dei vari piani
Figura 9: Pianta piano terra (fonte Rotolo) Figura 10: Pianta piano rialzato (fonte Rotolo)
Figura 11: Pianta piani dal primo al sesto (fonte Rotolo) (la suddivisione interna dei locali può variare)
Figura 13: Pianta piano interrato (fonte Rotolo) Figura 14: Pianta piano settimo stabulario (fonte Rotolo)
1.2.1.2. L’involucro
In questa sezione vengono presentate le caratteristiche termofisiche dell’involucro, la stratigrafia completa delle componenti non viene riportata per non appesantire la trattazione, per la consultazione di tali dati si rimanda alla tesi di Pasquale Rotolo citata in bibliografia.
Tabella 10: Trasmittanza termica componenti dell'involucro del Vallisneri (fonte Rotolo)
Posizione Componente edilizia N°
Codice Descrizione componente edilizia
Trasmittanz a termica [W/(m2*K)] Parete esterna dei piani
dal 1° al 6°
1 Pannello in cls rifoderato con
intercapedine d’aria
0.76
2 Pannellatura in alluminio 1
3 Finestre perimetrale “rossa” 3.42
Pareti esterne vani scala e corpo centrale
4 Cemento armato Vano Scale 3.1S
1 Pannello in cls rifoderato
Pannello in cls rifoderato
0.76
5 Finestra con pannelli semplici 3.32
Bretella collegamento ala est- corpo scientifico
6 Corpo finestrato 3.45
Parete esterna dei piani terra e primo
7 Pannello in cls rifodera semplice 0.64
8 Finestra standard 1 2.34
9 Corpo finestrato “Bussole” 2.93
Nella figura 15 viene mostrata la suddivisione della parete esterna del piano tipo
I colori rappresentano i seguenti codici:
Rosso: “Finestra perimetrale rossa”, codice 3 Giallo: “Cemento armato Vano Scale”, codice 4
Arancio: “Pannello in cls Rifodera semplice”, codice 7 Verde: “Pannello in Alluminio”, codice 2
Marrone: “Pannello in cls Rifoderato con intercapedine d’aria”, codice 1
1.2.1.3. Caratteristiche dell’impianto di climatizzazione Presentazione generale
L’edificio sotto esame è il più ampio ed è stato più volte oggetto di ristrutturazione, e lo è tuttora, ciò ha comportato la presenza di una forte variabilità nell’impianto a servizio dello stesso. In questo paragrafo si elencheranno le caratteristiche principali degli impianti tecnici di interesse per la trattazione.
Il piano rialzato e la maggior parte del piano terra presentano impianti di riscaldamento e raffrescamento caratterizzati dalla presenza di UTA coadiuvate da fan coil nell’attività di riscaldamento invernale e raffrescamento estiva. I piani dal primo al sesto sono climatizzate da impianti a tutta aria, nelle zone nord e sud presentano inoltre dei reintegratori, quattro per piano di portata nominale 4500 m3/h ciascuno, atti appunto a reintegrare l’aria espulsa dalle cappe
utilizzate nei laboratori.
I corridoi del piano terra, il vano scale e i servizi igienici sono riscaldati tramite la presenza di radiatori, nella stagione estiva non sono raffrescati.
Il piano interrato, come già accennato, è autonomo sia nella stagione invernale sia in quella estiva mentre lo stabulario è riscaldato grazie alla rete di teleriscaldamento ma è raffrescato da macchine autonome dedicate, essendo questa un’area di difficile accesso non è stato possibile osservarne l’impianto, le uniche informazioni a riguardo sono quelle presenti nei documenti cartacei.
La sottostazione dell’edificio, ubicata come la maggior parte dei locali tecnici nel piano interrato, è sede di tre scambiatori a fascio tubiero che riscaldano l’acqua circolante negli impianti tramite il calore ceduto dall’acqua surriscaldata proveniente dalla rete di teleriscaldamento. Un quarto scambiatore, a piastre, è stato aggiunto successivamente. Ogni scambiatore è indipendente dagli altri, ognuno può infatti essere attivato senza che gli altri lo siano.
I circuiti di riscaldamento collegati ai secondari degli scambiatori sono i seguenti: circuito che alimenta le batterie calde delle due UTA Nord e Sud
circuito delle UTA a servizio delle aule del piano terra
circuito delle 24 centraline a doppio condotto dei piani dal 1° al 6° circuito delle UTA dell’ala Est, dal 1° al 5° piano
circuito caldo radiatori circuito caldo fan coil
Le caratteristiche degli scambiatori sopra citati sono le seguenti:
Tabella 11: Caratteristiche degli scambiatori a servizio del Vallisneri (fonte Rotolo)
Tipologia Potenza nominale [kW]
Scambiatore 1 Fascio Tubiero 1600
Scambiatore 2 Fascio Tubiero 1600
Scambiatore 3 Fascio Tubiero 800
Scambiatore 4 Piastre 800
Totale 4800
L’impianto di raffrescamento è invece costituito da:
circuito che alimenta le batterie calde delle due UTA Nord e Sud circuito delle UTA a servizio delle aule del piano terra
circuito delle 24 centraline a doppio condotto dei piani dal 1° al 6° circuito freddo fan coil
circuito del locale microscopia
L’edificio viene raffrescato per spillamento da due stacchi della rete, uno, il principale serve tutte le utenze, tramite condotti che si diramano da un collettore posto nella sottostazione, ad eccezione del CRIBI il quale è servito da uno stacco dedicato che raggiunge l’UTA sul tetto dell’edificio ed il circuito di fan coil di questa ala.
Presentazione dettagliata impianto piano terra
Figura 17: Piano terra corpo centrale (fonte Rotolo)
Figura 18: Piano terra ala est (fonte Rotolo)
L’aula E (zona arancio della figura 18), l’unica zona dedicata alla didattica dell’ala est del piano terra, è servita da un’UTA dedicata posizionata nel piano interrato, coadiuvata da fan coil nel periodo estivo, la portata di ventilazione è pari a 5000 m3/h. Il resto dell’ala è invece dedicato ad uffici amministrativi e portineria, queste zone sono servite da fan coil e radiatori, nel periodo estivo il raffrescamento è attuato per mezzo di macchine autonome, e non grazie alla rete del complesso come invece avviene nel periodo invernale. Queste macchine così come le altre a servizio dell’edificio verranno presentate alla fine del paragrafo.
Il corpo centrale presenta radiatori che riscaldano l’atrio ed i corridoi nella stagione invernale, in quella estiva questi ambienti non sono raffrescati. Le bussole d’entrata, visibili nelle estremità della zona viola della figura 17, sono dotate di un proprio impianto di termoventilazione, le cui centrali di trattamento d’aria sono poste nel piano interrato. L’aria calda introdotta nelle bussole funge da barriera nella stagione fredda dall’entrata dell’aria esterna causata dalle frequenti aperture delle porte. L’aula magna (la zona color verde acqua), essendo a gradoni come le quattro aule dell’ala sud, occupa anche parte della volumetria di competenza del piano rialzato, è raffrescata e riscaldata da un’UTA di portata nominale 7500 m3/h installata nel piano interrato. Poiché tale ambiente richiede di essere climatizzato anche
nei momenti in cui le centrali sono spente sono stati installati due condizionatori split per una potenza frigorifera complessiva pari a 20 kW.
Figura 19: Piano terra ala nord (fonte Rotolo) Figura 20: Piano terra ala sud (fonte Rotolo)
A sud, ognuna delle quattro aule è servita da un’UTA di portata pari a 5000 m3/h, poste al di
sotto delle gradonate, si occupano sia del riscaldamento degli ambienti sia del loro raffrescamento. Nel piano rialzato nello spazio ricavato negli ambienti sovrastanti i corridoi dell’ala in esame e racchiuso tra le murature delle aule stesse sono stati ricavati i servizi, un vano tecnico e un’ambiente dedicato ad aula studio, questa è solamente riscaldata.
Presentazione dettagliata impianto piano rialzato
Figura 21: Ala nord piano rialzato (fonte Rotolo) Figura 22: Ala est piano rialzato (fonte Rotolo)
L’ala nord del PR è stata oggetto di recente ristrutturazione, i lavori sono terminati agli inizi di ottobre, dal momento che il modello utilizzato prevede ancora la vecchia configurazione impiantistica e strutturale, è stato deciso di illustrare in questa sezione l’impianto prima del riammodernamento. L’impianto aeraulico si occupa del solo riscaldamento, il piano non è infatti raffrescato, ed è alimentato da sette UTA, due di portata nominale 1800 m3/h e cinque da 1000 m3/h.
L’ala est, composta da sei aule, presenta una configurazione analoga a quella nord dal punto di vista impiantistico, cambia solamente il numero delle centrali di trattamento aria, due di queste elaborano 1800 m3/h, le restanti quattro 1000 m3/h.
Presentazione dettagliata impianto piani dal primo al sesto
Figura 23: Ala est piano sesto, le ali est dal primo al quinto piano presentano una divisione interna
diversa (fonte Rotolo)
L’ala est dei piani dal primo al quinto è ora inutilizzata perciò gli impianti a servizio sono inattivi, questi servivano in ogni caso al solo riscaldamento degli ambienti e non al loro raffrescamento. Queste sezioni erano servite da impianti a tutta aria alimentati dalle portate alimentate da sei UTA (per piano) di portata nominale 1000 m3/h.
Il sesto piano si differenzia dai sottostanti per il fatto di ospitare il CRIBI, questo viste le particolari attività che vi sono svolte necessità di un impianto termotecnico diverso da quello precedentemente illustrato, in particolare questo deve garantire anche il raffrescamento nel periodo estivo. L’UTA a servizio della zona è posta sulla copertura dell’edificio ed elabora una portata di 8800 m3/h e nel periodo estivo è aiutata nell’azione di raffrescamento da ventilconvettori, l’estrazione dell’aria viziata è attuata per mezzo di cappe filtranti
Le ali nord e sud, speculari, sono climatizzate per mezzo di un impianto a tutta aria, in ogni ala sono infatti presenti due centraline di piano a doppio condotto, 24 in totale, di portata rispettivamente 7000 e 7500 m3/h. Queste UTA hanno però solamente il compito di distribuire la quota di aria ricircolata e la quota di primaria elaborata nelle centrali di trattamento aria, situate nella sottostazione, della portata di 48000 m3/h per ala (96000 m3/h di aria di rinnovo per le ali nord e sud dei piani dal primo al sesto, 6000 m3/h per semipiano). Le centraline non hanno alcun canale di collegamento con l’aria esterna se non per quanto riguarda l’aria proveniente dai reintegratori, due per semipiano, ognuno della portata nominale di 4500 m3/h. Questi apparati servono per bilanciare la portata d’aria estratta per mezzo delle cappe, esse infatti sono dotate di sensori che attivano il reintegro in funzione della velocità di funzionamento. L’espulsione dell’aria avviene, oltre al sistema di cappe, grazie a due estrattori della portata pari a 26500 e 25400 m3/h, i quali spingono verso l’esterno l’aria incanalatasi nei
cavedi dell’aria esausta per sovrappressione. Si fa infine presente che dal riesame della documentazione e dai colloqui con il personale tecnico si è appreso che la portata proveniente dai reintegratori è riscaldata per mezzo di resistenze elettriche, nei precedenti scritti questa era conteggiata come elaborata grazie allo scambiatore a piastre presente nella sottostazione, essa invece subisce solo un alzamento della temperatura dai 20 °C set point della resistenza, ai 22 °C temperatura mantenuta nell’edificio, nella cassetta di piano, nel regime estivo la portata di reintegro è invece climatizzata totalmente grazie alle batterie fredde delle cassette di piano. La figura presentata nella pagina successiva e la didascalia sono interamente tratte dalla tesi di Pasquale Rotolo. Si è deciso di mostrare questa immagine poiché permette di capire tutti gli elementi dell’impianto a servizio delle ali nord e sud dell’edificio, queste sono infatti una dei fattori principali del dispendio energetico dell’intera area oggetto di analisi.
Oltre alle CTA analizzate ne sono presenti altre di cui, per il ridotto impatto che hanno nel bilancio totale, non sono state ricercate e quindi mostrate le caratteristiche, queste sono:
Le due UTA dei depositi libri nel piano interrato La UTA dei locali NMR delle camere calde (dismessa) La UTA dei locali microscopia
Figura 25: Descrizione dell’impianto Area Scientifica Nord/Sud (fonte Rotolo)
In figura 25 si nota la canalizzazione a doppio condotto con la cassetta di miscelazione (verde), il canale di aria esausta con relativo cavedio di espulsione (viola), cavedio e immissione dell’aria primaria (azzurro), canale di reintegro proveniente dai reintegratori di aria esterna posti nei locali WC (arancio scuro), le serrande di prelievo e canalizzazione dell’aria di ricircolo all’interno del locale CTA (giallo). (*) i colori sulla Cta di destra sono invertiti. (fonte Rotolo) Le macchine autonome a servizio dell’edificio sono le seguenti:
Tabella 12: Macchine autonome Vallisneri
Numero Produttore Potenza [kW]
cooling/heating
Potenza
elettrica [kW] Ambiente servito
1 MTA 90/- 38 Stabulario Nord
2 Hidros 45/- 16 Stabulario Sud
1 Carrier 33/- 8.6 Biologia Lato Nord Microscopia
1 Tecnoclima 15/- 6 Piano 5 laboratorio radioattivo
1 60/98* 38 Laboratori interrato
1 Daikin PdC 20/26* 6 Laboratori interrato
2 Mitsubushi 14/- 5 Sale server
4 3.3/4.4* 1.1 5 piano ala est zone attive
2 Mitsui 10.7/14* 3.3 Aula magna
1 85/- 35 Uffici nord PTt
1.2.2. Il complesso didattico Piovego (Aule Ugo Bassi) 1.2.2.1. Caratteristiche geometriche e strutturali
Il complesso didattica Piovego, edificato a metà degli anni novanta, è costituito da quattro piani che presentano la stessa superficie sia in termini di metratura che forma, essi infatti hanno una pianta di forma rettangolare in cui l’asse maggiore è orientato in direzione SE-NO. La struttura è costituita da elementi prefabbricati.
In origine il piano terra costituiva il parcheggio coperto dello stabile, nel 2006 è stato oggetto di riqualificazione ed è diventato una zona dedicata aula didattica, come il resto dello stabile, esso, infatti, è composto di tre aule: una da 128 m2 e capienza massima di 118 persone, e due
aule di 65 m2 e 59 posti a sedere, oltre ai servizi igienici e locali tecnici al servizio del piano.
Il primo piano è l’unico dei piani originari a presentare zone dedicate ai servizi igienici e alla guardiola, perciò lo spazio dedicato alle aule risulta minore rispetto ai piani superiori, in questo piano sono presenti due aule di circa 180 m2 che possono ospitare fino a 166 studenti, i piani superiori invece si compongono di due aule di 270 m2.
In ogni piano sono presenti anche i corridoi di collegamento dei vari ambienti, però questi sono climatizzati solo al piano terra e primo piano, al secondo e terzo piano sfruttano l’aria calda o fredda proveniente dalle aule per mantenere condizioni di comfort ambientale.
Sul solaio di copertura insiste la sottostazione a servizio dell’edificio (ad esclusione del piano terra), questa è raggiunta sia dalla rete di teleraffrescamento che teleriscaldamento, il piano terra, invece, è raggiunto solamente dalla rete calda mentre è raffrescato grazie ad un gruppo frigorifero autonomo.
Ogni piano occupa una superficie lorda pari a 960 m2, l’edificio presenta un volume lordo di
12800 m3.
1.2.2.2. L’involucro
Le caratteristiche termofisiche dell’involucro in forma tabellare sono le seguenti:
Tabella 13: Trasmittanze componenti dell'involucro Aule Ugo Bassi (fonte Rotolo)
Posizione Componente edilizia Descrizione Componente edilizia Trasmittanza termica [W/(m2*K)]
Parete esterna Parete in pannello
prefabbricato
0.77 Parete opaca continua in
facciata
1.25
Parete vano scale 0.7
Finestra di facciata 1.92
Finestra delle aule 2.5
Figura 26: Il complesso didattico Piovego, Aule Bassi, (fonte Rotolo)
Figura 27: Pianta piano terra (fonte Rotolo)
Figura 28: Pianta primo piano (fonte Rotolo) Figura 29: Pianta dei piani secondo e terzo (fonte Rotolo)
1.2.2.3. Caratteristiche dell’impianto di climatizzazione Presentazione generale
La climatizzazione dell’edificio prevede la seguente configurazione: per le aule dal primo al terzo piano un impianto a tutta aria
per i corridoi è previsto un impianto di riscaldamento a radiatori; l’aria proveniente per sovrappressione dalle aule raffresca le zone di passaggio
per la zona comune del piano primo un impianto di ventilazione bilancia la quantità di aria estratta dai servizi igienici
al piano terra invece sono presenti ventilconvettori ad integrazione di aria primaria. Le componenti principali della sottostazione sulla copertura sono:
lo scambiatore di calore a piastre per l’alimentazione del circuito di riscaldamento il cui primario è alimentato dalla rete e presenta una potenza nominale di 600 kW
le sei UTA dedicate alla climatizzazione delle aule
l’unità di trattamento aria della zona comune e servizi del primo piano
L’addolcitore, il dosatore di prodotti anticorrosivi, le pompe di circolazione, il gruppo di pressurizzazione, i vasi d’espansione ed il quadro di controllo
Il circuito di climatizzazione estiva, come detto in precedenza, non è dotato di scambiatore, il raffrescamento dell’edificio infatti si ha, come avviene per il Vallisneri, per spillamento dalla rete della portata di acqua fredda proveniente dalla centrale frigorifera.
Presentazione dettagliata
Ognuna delle aule dal primo al terzo piano sono dotate di UTA dedicata, ciò permette di controllare le condizioni termoigrometriche di ogni zona indipendentemente dalle altre. Queste macchine sono dotate di recuperatore, attivo nella stagione invernale, al fine di ridurre i consumi viste le ingenti portate delle stesse. Queste infatti elaborano una portata per le aule del primo piano pari a 5810 m3/h e per le aule del secondo e terzo piano di 10850 m3/h per una portata complessiva di 55020 m3/h. Il recuperatore delle CTA funziona solo nel periodo invernale fino a quando la temperatura esterna è inferiore ai 20 °C.
I corridoi sono climatizzati grazie all’aria che defluisce in essi per sovrappressione dalle aule, i servizi del primo piano sono riscaldati con radiatori e ventilati grazie ad un UTA da 3000 m3/h di portata.
Come è stato già accennato il piano terra, visto il recente cambio di destinazione d’uso, presenta un impianto tra i più moderni del complesso, questo utilizza come terminali delle aule fan coil, attivi sia nella stagione invernale che estiva, ad integrazione di aria primaria elaborata da due CTA della portata complessiva 5950 m3/h equamente divisa. Vista la ridotta portata elaborata,
le UTA non presentano recuperatore. Il raffrescamento del piano terra avviene per mezzo della macchina descritta nella tabella 14. La potenza frigorifera sotto citata è riferita a condizioni della temperatura di condensazione di 35 °C, nelle quali si ha un assorbimento di 52.2 kW.
Tabella 14: Macchine autonome aule Ugo Bassi
Numero Produttore Potenza [kW]
cooling/heating
Ambiente servito
1 Clima Veneta 106.1/- Piano terra
1.2.3. Il centro linguistico di ateneo (CLA) 1.2.3.1. Caratteristiche geometriche e strutturali
L’edificio si affaccia su Via Venezia, dalla quale risulta accessibile, ed è ubicato nell’area conosciuta come “Cittadella dello Studente, è stato acquistato con la formula “chiavi in mano”, la costruzione dello stesso è stata ultimata nel 2012: La superficie al lordo delle murature è di 6706 m2 per un volume di 27007 m3. Lo stabile si compone di uno spazio interrato in cui è situata la sottostazione a servizio dei sette piani fuori terra che completano l’edificio, il punto di prelevo dell’energia elettrica, comune a quello del centro congressi, è collegato in derivazione a quello di Psicologia 2.
Figura 32: Facciata del CLA che affaccia su Via Venezia (Google Maps)
Figura 33: Pianta piani terra e primo (fonte Moro)
Figura 34: Pianta piani secondo e terzo (fonte Moro) Figura 35: Pianta piani quarto e quinto (fonte Moro)
La composizione dei piani è la seguente:
il piano terra, comprende l’ingresso, la portineria, i servizi, una sala di controllo e quattro aule didattiche,
il piano primo ospita prevalentemente aule,
i piani dal secondo al quarto ospitano laboratori linguistici, informatici e aule didattiche; al piano quinto sono presenti uffici e studi,
all’interno piano in copertura sono poste le centrali di trattamento aria. 1.2.4. L’involucro
Come detto, l’edificio è di recente costruzione e nella sua progettazione e quindi è stata prestata particolare attenzione nel contenimento dei consumi energetici.
Tabella 15: Trasmittanze componenti involucro CLA (fonte modello TRNSYS Moro)
Posizione Componente edilizia Descrizione Componente edilizia Trasmittanza termica [W/(m2*K)]
Parete esterna Tipo 1 0.36
Tipo 2 0.25
Tipo 3 0.41
1.2.4.1. Caratteristiche dell’impianto di climatizzazione
Nella sottostazione sono presenti quattro scambiatori di calore, due a servizio del circuito freddo e due al circuito caldo nei quali primari scorrono i fluidi provenienti dalla centrale termica e frigorifera tramite le rispettive reti.
Dal collettore a valle degli scambiatori hanno origine:
il circuito dell’acqua calda per l’alimentazione delle batterie calde delle CTA, il circuito radiatori,
il circuito dei fan coil,
il circuito dell’acqua refrigerata per l’alimentazione delle batterie fredde delle CTA. Nella sottostazione sono inoltre presenti due pompe di circolazione (una di riserva), necessarie alla circolazione del fluido nei secondari, oltre ai vasi d’espansione, gli apparati per il trattamento dell’acqua d’impianto e il quadro elettrico.
Nel fabbricato sono previste due tipologie di condizionamento:
ventilconvettori ad integrazione di aria primaria per aule, uffici e corridoi,
per i vani scale e i servizi igienici del quinto piano invece, si utilizzano radiatori, i servizi degli altri piani sono sprovvisti di terminali e tenuti in leggera depressione per effettuare la ripresa dell’aria esausta.
I primi quattro piani sono riscaldati e raffrescati, come detto, da un sistema di fan coil ad integrazione di aria primaria elaborata da tre UTA, dotate di recuperatore, inserite nel vano tecnico nell’ultimo piano dell’edificio. Ogni UTA elabora una portata volumetrica massima di 12200 m3/h il cui ventilatore è regolato dall’azione di un inverter che ne determina la portata effettivamente elaborata.
I piani quarto e quinto, meno affollati, hanno una portata di ventilazione ridotta rispetto ai sottostanti, essi sono infatti serviti da un’unica CTA che elabora una portata costante di 12000 m3/h anch’essa dotata di recuperatore. Anche in questi piani sono presenti fan coil attivi sia nel periodo estivo che invernale.
A servizio dell’edificio, che, non essendo frequentato come gli altri edifici presentati, soffre meno nel periodo estivo rispetto agli altri stabili della “Cittadella dello studente”, vi sono solo otto macchine autonome di potenza ridotta:
Tabella 16: Macchine autonome CLA (fonte Moro)
Numero Produttore Potenza [kW] cooling/heating
Ambiente servito
8 Toshiba 2.5/3.2 Sala server /
Cabina elettrica
Per ogni edificio verranno presentate le piante degli edifici in cui è rappresentata la divisione in zone utilizzate per la simulazione, saranno fornite le tabelle riassuntive delle macchine autonome a servizio di questi stabili, con l’indicazione, quando è stato possibile riferirla dall’autore della tesi da cui sono stati tratti questi dati, di quale sia la zona servita da esse. Il documento da cui sono stati queste informazioni è l’elaborato di Davide Moro.
1.2.5. Ex dipartimento di ingegneria meccanica (DIM) 1.2.5.1. Corpo A (DIM-A)
Caratteristiche geometriche e strutturali
Il DIM-A è l’appendice est dell’ex dipartimento di ingegneria meccanica ed è sede di studi, oltre ad ospitare la segreteria di tale dipartimento. L’edificio ha un’altezza di 30.9 m e si compone di otto piani fuori terra. La superficie lorda è di 4318 m2 ed il volume è pari a 14587
m3. I piani possono essere schematicamente suddivisi nel seguente modo:
il piano terra in cui sono presenti la Biblioteca “Enrico Bernardi”, la portineria, il corridoio di collegamento agli altri corpi e la sottostazione termica,
i piani superiori sono costituiti da due ali di studi che si affacciano rispettivamente a nord e sud e dalla segreteria del dipartimento di ingegneria industriale.
all’ottavo piano hanno sede un locale tecnico e un deposito
Figura 36: DIM-A (corpo uffici) (fonte Moro)
Figura 37: Pianta piano terra (fonte Moro)
Figura 38: Pianta piani dal primo al settimo (fonte Moro) (la suddivisione interna dei locali può variare)
Caratteristiche generali dell’impianto di climatizzazione
Tra gli elementi principali da citare della sottostazione termica presente al piano terra dell’edificio ci sono: l’UTA del piano terra, due scambiatore a fascio tubiero dedicati al circuito caldo, le pompe di circolazioni del secondario ed il quadro di controllo del locale tecnico; è qui inoltre presente il punto di prelievo della rete del freddo, il fluido spillato da questa viene infatti utilizzato per il raffrescamento degli ambienti senza che vi sia l’intermediazione di uno scambiatore tra circuito primario e secondario.
L’acqua calda sanitaria è fornita per mezzo di bollitori elettrici, dal punto di vista impiantistico si sono riscontrate tre soluzioni di climatizzazione degli ambienti:
un sistema misto aria primaria-fan coil per le zone adibite ad ufficio un sistema a tutta aria che serve la biblioteca
radiatori per il riscaldamento dei vani scala e dei servizi
Oltre alla UTA del piano terra ne sono presenti altre due, la prima a servizio rispettivamente dei piani primo e secondo, con una portata volumetrica di 8000 m3/h, priva di recuperatore e
batteria fredda, il carico estivo di questi piani è affidato infatti ai soli fan coil, e la seconda, dotata di recuperatore, che fornisce l’aria primaria ai piani dal terzo al settimo per una portata complessiva di 10700 m3/h, in questi piani gli elevati carichi estivi hanno imposto la scelta dell’installazione di una batteria fredda a supporto dei ventilconvettori.
Come ultima nota sull’edificio sono presentate le caratteristiche conosciute dei sistemi integrativi a servizio della biblioteca “Bernardi”:
Tabella 17: Macchine autonome del DIM-A (fonte Moro)
Numero Produttore Potenza [kW]
cooling/heating Ambiente servito 1 Clima Roca York S. L. 17.2/- Biblioteca Bernardi
1.2.5.2. Corpo B, officine di meccanica (DIM-B) Caratteristiche geometriche e strutturali
L’edificio, situato più a nord di tutti gli stabili dell’ex dipartimento di meccanica, è composto di due piani per un’altezza massima di 14 m che si raggiunge in corrispondenza della torre. Due aule della capienza massima di 194 e 200 studenti, vari laboratori, una stazione meteo, officine e uffici compongono il piano terra mentre il primo piano ospita prevalentemente zone dedicate ad uffici. L’edificio presenta una superficie lorda di 3927 m2 e un volume di 31157 m3.
Figura 40: DIM-B, facciata nord (fonte Moro)
Figura 41: Pianta piano terra (fonte Moro) Figura 42: Pianta primo piano (fonte Moro)
Caratteristiche generali dell’impianto di climatizzazione
Per riscaldare le aule e le officine, data l’elevata altezza degli stessi, si è optato per le strisce radianti installate a soffitto, i ventilconvettori si occupano del raffrescamento estivo in questi ambienti, il circuito freddo non è però collegato alla rete di teleraffrescamento a differenza di quello caldo il cui scambiatore è situato all’interno della centrale termica del complesso dove si trovano anche le pompe di circolazione del fluido termovettore nel secondario. Le due aule sono inoltre dotate di sistema di ventilazione di cui si occupano due UTA poste sul tetto dell’edificio con portata rispettivamente pari a 5800 e 6800 m3/h. I box sono condizionati con
split mentre gli uffici presentano un’UTA dedicata e ventilconvettori. Il corridoio non presenta alcun terminale d’impianto.
Le macchine, che si occupano in autonomia del raffrescamento di tutti gli ambienti e del riscaldamento delle zone non servite dalle termostrisce sono le seguenti:
Tabella 18: Macchine autonome a servizio del DIM-B (fonte Moro)
Numero Produttore Potenza [kW]
cooling/heating [kW]
Ambiente servito
4 Daikin Europe 12.8/- Aule M9-M10
1 LG 5.3/6.1 Box zona est
4 Aermec 5.2/5.8 Box zona nord
1 Carrier 31.7/- Box zona est
2 Clima Roca York
S.L
17.9/18 Officina
meccanica ad est
1 RHOSS 6.5/7.6 Ufficio piano
terra sona sud
1.2.5.3. - Corpo C-D (DIM C-D) Caratteristiche geometriche e strutturali
Il DIM C-D costituisce il corpo centrale dell’insieme di edifici di cui fa parte, formato da due ali unite per mezzo di bretelle, ospita varie aule, due di capienza di 268 persone, altre cinque della capienza variabile tra i 20 e 50 studenti, due aule pc e un’aula disegno oltre ad altri ambienti dedicati a laboratorio e studio. L’edificio si sviluppa su quattro piano per un’altezza complessiva di 13.5 m, una superficie lorda di 4632 m2 e volume pari a 14692 m3.
Figura 43: DIM C-D (fonte Moro) Figura 44: Pianta piano terra (fonte Moro)
Figura 45: Pianta primo piano (fonte Moro) Figura 46: Pianta piani secondo e terzo (fonte Moro)
I primi due piani risalgono agli anni settanta, il terzo e quarto piano sono invece più recenti, la stratigrafia delle murature perimetrali degli ultimi due piani è, dall’esterno verso l’interno, composta da lastre di calcestruzzo, un’intercapedine d’aria, uno strato di polistirene espanso ed uno strato di cartongesso. La stratigrafia dei primi due livelli è la stessa del DIM-A essendo questi due piani stati edificati nello stesso periodo del corpo uffici.
Caratteristiche generali dell’impianto di climatizzazione
L’impianto termotecnico prevede per:
le aule a gradoni un impianto a tutta aria;
il polo informatico fan coil ad integrazione di aria primaria;
l’aula disegno un impianto a tutta aria a cui sono stati aggiunti due climatizzatori a supporto;
le aule del corpo C sono servite da radiatori per il riscaldamento e ventilconvettori per il raffrescamento;
corridoi e servizi, sono alimentati unicamente da radiatori.
Le UTA delle aule a gradoni sono dotate di recuperatore e possono elaborare rispettivamente 5000 e 8800 m3/h mentre quelle a servizio dell’aula disegno e del polo di calcolo presentano portate uguali pari a 6100 m3/h.
Visti gli ingenti carichi estivi, che ponevano in condizioni di sofferenza l’intero impianto, in particolare la sezione a servizio della facciata sud, si è deciso perciò di aggiungere dei sistemi integrativi rispetto l’impianto originario e questi sono presentati nella tabella 19:
Tabella 19: Macchine autonome del DIM C-D (fonte Moro)
Numero Produttore Potenza [kW]
cooling/heating Ambiente servito
1 Mitsubishi 14.8/- Aula D1
1 Mitsubishi 15/- Aula D1
1 HIdROS 90/-
Facciata sud:
Polo informatico, Ingresso, Aula M6 e Sala lettura, Laboratorio L.I.M e Sala seminari, Aula M7
1 - 8/- Cabina elettrica
1.2.5.4. Corpo E (DIM-E)
Caratteristiche geometriche e strutturali
Il corpo E rappresenta l’ala ovest del DIM ed ospita l’ex dipartimento di fisica tecnica. Il piano terra dell’edificio è sede di officine e laboratori i tre piani superiori ospitano invece uffici e sale riunioni.
L’altezza dell’edificio è pari a 17 m, esso presenta una superficie lorda di 2679 m2 e un volume
Figura 47: Facciata ovest DIM-E (fonte Moro)
Figura 48: Pianta piano terra (fonte Moro)
Figura 49: Pianta primo piano (fonte Moro)
Figura 50: Pianta piani secondo e terzo (la suddivisone interna degli spazi può variare)(fonte
Moro)
Caratteristiche generali dell’impianto di climatizzazione
La sottostazione è divisa in due livelli, uno al piano terra ed uno al piano seminterrato, al suo interno sono presenti due scambiatori a fascio tubiero, il raffrescamento avviene per spillamento il cui circuito si dirama da un collettore così come avviene per il secondario caldo la cui circolazione è permessa da elettropompe. L’ACS è prodotta mediante bollitori elettrici.
Gli uffici e le sale riunioni sono climatizzate per mezzo di un circuito aeraulico alimentato da un’UTA situata al piano terra, dotata di recuperatore, di portata volumetrica pari a 8700 m3/h e
da un circuito di fan coil il cui circuito inoltre si occupa in autonomia del condizionamento dei corridoi.
Le macchine a servizio esclusivo dell’edificio sono le seguenti:
Tabella 20: Macchine autonome del DIM-E (fonte Moro)
Numero Produttore Potenza [kW] cooling/heating Ambiente servito 1 - 5.3/- Sala server 1 - 12/-(**) Laboratorio di conduttività
**materiale fornito dall’ufficio manutenzione
1.2.6. Psicologia 1
1.2.6.1. Caratteristiche geometriche e strutturali
Lo stabile si compone:
del piano interrato in cui sono presenti laboratori, lo stabulario e i locali tecnici, del piano terra che ospita sale conferenza, la direzione e uffici amministrativi, del primo piano con locali destinati a studi, laboratori ed aule informatiche; una torre composta di cinque piani dedicati a studi.
un ulteriore volume in copertura in cui sono alloggiate le UTA.
I primi due piani fuori terra, a pianta quadrata di lato circa 36 m, hanno dimensioni più ampie dei piani superiori, questi infatti risultano alla vista come una torre di forma rettangolare con lato corto di 12 m e lato lungo di misura pari a quella della base dell’edificio, l’intero edificio si estende per una superficie pari a 7137 m2 e presenta un volume di 24785 m3. L’altezza massima è di 26.6 m.
L’edificio presenta strutture portanti verticali in calcestruzzo armato a sezione variabile, l’involucro è ben isolato, gli infissi presentano telai in alluminio con taglio termico e vetrocamere tipo “Thermoplus”.
Figura 51: Facciata est di Psicologia 1 (fonte Moro)
Figura 52: Pianta piano terra (fonte Moro)
Figura 53: Pianta primo piano (fonte Moro)
Caratteristiche generali dell’impianto di climatizzazione
La sottostazione dell’edificio ospita al suo interno uno scambiatore a piastre a servizio del circuito caldo e due a servizio del circuito freddo, le pompe di circolazione due UTA e gruppo di controllo dell’impianto.
L’impianto di riscaldamento e condizionamento si può così suddividere:
gli studi, i corridoi e gli atri sono climatizzati con un sistema di aria primaria e fan coil i vani scale e i servizi igienici sono riscaldati da radiatori, le riprese dell’aria sono
presenti in questi ambienti che vengono mantenuti in leggera depressione.
lo stabulario deve essere mantenuto alla temperatura di 30 °C per tutto l’arco dell’anno, per questo oltre ad essere servito dall’impianto aeraulico nelle ore di chiusura della centrale nel periodo invernale oppure al di fuori della stagione invernale è climatizzato da una macchina autonoma e con l’ausilio di resistenze elettriche.
Figura 56: Pianta del piano interrato (fonte Moro)
Questo edificio nella stagione estiva si trova spesso in condizioni di non riuscire a vedere soddisfatto il proprio fabbisogno frigorifero con l’ausilio della sola rete di teleraffrescamento, per questo nel corso degli anni sono stati installate numerose macchine frigorifere a supporto:
Tabella 21: Macchine autonome di Psicologia 1 (fonte Moro)
Numero Produttore Potenza [kW]
cooling/heating Ambiente servito
3 Fujitsu 3.4/4 Laboratori primo piano
2 Fujitsu 2.5/3.2 Laboratori piano terra
1 Fujitsu 5.2/6.3 Laboratorio/Sala pc
1 Mitsubishi Electric 7.1/8 Cabina elettrica
1 A/S 4.5/4.8 -
1 Panasonic 2.6/3.6 Sala server piano terra
1 Mitsubishi 13/-(**) -
1 Daikin 2.6/-(**) -
1 Mitsui 13/-(*) Sala pc
1.2.7. Psicologia 2
Caratteristiche geometriche e strutturali
La struttura portante dell’edificio, così come accade per l’involucro e per i serramenti, rispecchia le caratteristiche del CLA. La superficie lorda è pari a 7679 m2 per un volume di 27817 m3 (comprensivi dei locali interrati), articolati su otto piani, sette fuori terra, per un’altezza complessiva di 23 m. Vengono ora presentate le piante di piano e la fotografia della facciata che aggetta a NE, su via Venezia.
Figura 57: Facciata NE Psicologia 2 (Google Maps)
Figura 58: Pianta piano interrato (fonte Moro)
Figura 59: : Pianta piano terra (fonte Moro)
Figura 60: Pianta primo piano (fonte Moro)
Figura 61: Pianta piani 2-3-4 (la divisione interna
può variare) (Moro)
Figura 62: Pianta quinto piano (Biblioteca)
(fonte Moro)
Figura 63: Pianta sesto piano (fonte Moro)
I piani possono essere descritti schematicamente come segue:
il piano interrato è sede degli archivi di biblioteca e segreteria, oltre alla sottostazione, il piano terra è composto dall’atrio d’ingresso, i vani scala e l’ufficio tecnico,
al primo piano si trovano prevalentemente studi,
i piani dal secondo al quarto sono dedicati alla didattica, il quinto piano ospita la biblioteca del dipartimento,
